生命科学的EPR

膜蛋白和自旋标记

自旋标记蛋白中氮氧化物的迁移率分析
EPR结合位点定向自旋标记(SDSL)是一种研究膜蛋白结构和动力学的技术。EPR提供了含有未配对电子的自旋标签的局部环境信息,同时也可以测量两个自旋标签引入蛋白质内部时的自旋间标签距离。

p糖蛋白(3G5U.pdb)的晶体结构
每个附着的氮氧化物分子的EPR光谱显示了位置和迁移率的相关性。数据由法兰克福大学T. Prisner教授提供(JACS, 2012, 134, pp 5857-5862)

金属离子

细胞色素c氧化酶顺磁中心的EPR表征
大约30%的已知蛋白质是金属蛋白。它们参与多种重要的生物学过程,如电子转移、药物代谢、疾病机制等。EPR不仅在研究金属蛋白的电子结构,而且在研究金属蛋白的氧化还原辅助因子、结合位点、底物反应等方面具有重要作用。例如,细胞色素c氧化酶是线粒体和许多细菌呼吸链的末端蛋白。低自旋血红素,血红素A,从结合到亚基II的铜A中心接受电子,并将它们转移到双核中心。

细胞色素c氧化酶的晶体结构(1OCC.pdb)
cyt c氧化酶的EPR谱显示血红素a、铜a和蛋白质自由基(蓝色)。数据由法兰克福大学T. Prisner教授(J. Phys.)提供。化学。B, 2007, 111 (14), pp 3839-3846)

酶反应

Cu、Zn-SOD活性部位的检测与研究
许多酶的反应都包含单电子氧化步骤,并形成顺磁瞬态。未配对电子所在的顺磁中心通常以过渡金属(金属蛋白)为中心,或者是氨基酸衍生的自由基。顺磁中心的检测和鉴定对于了解酶的功能是很重要的。例如,在原生SOD1酶中,活性位点包含一个Cu(II)离子,具有非常典型的EPR光谱。

筛选DNP代理

EPR光谱和偶极耦合测定双tempo
正确的DNP极化剂浓度是DNP实验成功的关键。样品可以预先筛选DNP实验之前使用专利的SpinCount模块,即使在MAS转子。弛豫时间对DNP效率至关重要,因此在低温下测量P1/2来估计新型极化剂的DNP效率是非常宝贵的。DNP测量的另一个重要特征是电子-电子偶极耦合,它很容易从溶液和冻结溶液的EPR光谱中测量。

DNP剂(双tempo双自由基)的EPR谱
D [G] = 18562/R3 [Å]偶极耦合测量:D = 7.9 G.距离确定:R = 13 Å化学。Int。版,2009,48,4996)

RNA和DNA氧化

CuCl2/H2O2处理下dna衍生自由基的检测
EPR光谱结合自旋捕获技术已经成功地用于检测和识别活性氧(ROS)诱导的生物大分子(如dna和rna)损伤产生的高分子量物种。众所周知,这些材料的破坏或改变在大量细胞损伤和疾病中起着关键作用。bob综合游戏

以DMPO为自旋阱处理CuCl2/H2O2后n中心自由基对DNA损伤的EPR谱。光谱还包括另外两种非dna衍生的自由基。数据由NIEHS (Free Radic.)的R. Mason博士提供。医学杂志。Med. 2011 50(11) pp 1536
活性氧(ROS)损伤DNA的机制

利用自旋陷阱检测活性氧(ROS)

超氧自由基和羟基自由基的EPR定量分析
氧化应激和细胞损伤与癌症、阿尔茨海默病、动脉粥样硬化、自闭症、感染和帕金森病的发展有关。活性氧(Reactive Oxygen Species, ROSs)是细胞氧化应激和损伤的主要原因,可导致蛋白质、脂质和DNA的损伤。两种主要的活性氧是自由基,如超氧自由基(O2•-)和羟基自由基(HO•),如图所示,在黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶系统中,它们的生成和分解可以通过EMXnano精确跟踪。

SpinCount提供了显示自由基浓度的时间演化的报告
黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶中DMPO自由基(超氧和羟基)加合物的EPR光谱和SpinFit模拟

使用自旋探针检测活性氧(ROS)

使用自旋探针CMH的超氧化物形成的时间过程
在血管细胞中,超氧化物(O2•-)被认为发生于高血压、糖尿病和心力衰竭。从而准确的检测和量化O的能力2•-对于理解这些各种心血管疾病和其他非心血管疾病的发病机制至关重要。如图所示,EMXnano可以很容易地监测超氧化物随时间的生成。

超氧化物歧化酶(SOD)对EPR信号的抑制证实了超氧自由基(O2•-)的检测。
CM•氮氧化物的EPR谱与CMH + O2•- -»CM•+ H2O2反应有关

一氧化氮

在100k下检测到一氧化氮与氧血红蛋白的结合
一氧化氮(NO)是一种高度反应性的调节分子,具有许多重要的生理作用,如中枢神经系统的神经递质、心血管系统血管舒缩张力的调节因子和免疫系统的细胞毒性介质。NO是一种自由基,它的半衰期很短(< 30秒),使直接测量变得困难。利用NO捕获技术可以克服NO的不稳定性,形成更稳定的复合物,随后用EPR检测到。例如,氧化血红蛋白(oxyHb)将一氧化氮(NO)氧化为硝酸盐是NO生物学中的基本反应,NO与血红素的结合可以用EPR来表征。

NO-Hb (4G51.pdb)的晶体结构
NO-Hb配合物100 K带VT单元的EPR谱